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M3型高速钢具有高硬度、高耐磨性、良好的强韧性,被广泛应用于刀具和冷作模具,其制备方法主要有传统铸造及粉末冶金。传统铸造冷速慢,形成的组织中含有大量网状共晶碳化物,直接影响其产品性能的提升。粉末冶金冷速快,生产的高速钢组织性能优良,但其复杂的制备工艺及过高的生产成本限制了其产品应用范围。此外,合金设计也是改善组织性能的重要途径,采用强碳化物形成元素提高耐磨性并结合快速凝固技术改善强韧性是高速钢的主要研发趋势。基于课题组开展的结合铌合金化与喷射成形技术制备M3型高速钢的相关研究,本文主要对喷射成形高速钢组织性能调控机理及应用展开相关研究,获得主要结论如下：通过研究关键工艺参数对沉积坯质量的影响规律,确定了喷射成形M3型高速钢的制备工艺：过热度160-180℃,雾化压力0.45-0.5MPa,气液比0.7-0.75。利用Gleeble热模拟研究了喷射成形M3型高速钢的热变形行为,建立了实验钢的本构方程、动态再结晶动力学方程、热加工图,确定出致密化处理工艺为：变形温度1050-1150℃,变形速率0.001-0.1 s-1,锻造比6.25。并最终制定了适合刀具应用的强韧化热处理工艺：淬火1200℃,回火560℃。发现喷射成形M3型高速钢沉积态的组织具有等轴晶及微观孔隙两个特征,其平均晶粒尺寸约为45μm,且晶界上分布着以钒为主的块状MC及以钼、钨为主的片层状M2C。热变形借助动态再结晶及机械破碎等机制使晶粒尺寸细化至10μm,并将片层状M2C分解破碎成均匀细小的颗粒状M6C与MC。回火二次硬化主要由二次M2C和MC碳化物析出所致,其中M2C呈针状,长约5-10nm,厚度约2nm。MC呈颗粒状,约3-5nm。铌能有效细化沉积态M2C共晶片层尺寸,并通过减少M2C中钨、钒、钼等强碳化物形成元素的含量降低其热稳定性,从而促进M2C分解,使含铌钢热变形后可获得更均匀细小的M6C,淬火时更易溶入基体提高过饱和度,从而提高二次硬化能力。同时,铌也提高了沉积态中一次MC的数量及其所含钨、钼元素的含量,并代替部分钒进入MC中,使含铌钢中MC硬度和稳定性提高,耐磨性增强。此两方面的作用是含铌钢刀具寿命提升的主要原因。总结而言,本文研究所得喷射成形高速钢制备、致密化及强韧化三个工艺与组织调控及铌合金化作用两个机理可为喷射成形含铌M3型高速钢在刀具上的应用提供工艺及理论支持。